流程工业生产设备管理系统的设计与实现

0引言制造执行系统(Manufacturing Execution System ，MES)是位于上层的计划管理系统与底层的工业控制系统之间的面向车间层面的信息管理系统。

它将企业ERP/MRP 与企业的现场控制有机地集成起来[1]，为管理人员提供计划的执行并跟踪所有资源(人、设备、物料)的当前状态，实现生产过程优化管理。

生产设备管理系统是MES 体系中围绕生产设备的管理系统，主要完成企业生产设备管理的各方面工作，实现设备管理的数字化和信息化。

本文在MES 技术环境下，针对流程工业设备管理存在的问题，基于实时数据库和RFID 技术机理，设计和开发了一套生产设备管理系统。

该系统包含设备档案管理、设备检修计划管理、设备点巡检管理、设备故障分析、设备能效分析等子系统，并结合实时数据库、RFID 技术、专家知识库、信息化技术实现了设备管理水平的有效提升，有效地解决了设备管理中存在的问题，推动了设备有效、稳定、经济的使用，从而降低了生产成本，提高了企业效益。

流程工业生产设备管理系统的设计与实现胡玉琴1，黄振利1，刘东坡2(1.江西瑞林电气自动化有限公司，江西南昌330031；2.中国科学院自动化研究所,北京市100190)〔摘要〕基于实时数据库和RFID 技术的通用生产设备管理系统,以实时数据库为核心,实现设备实时运行数据的采集;采用RFID 技术实现设备的点巡检管理;通过信息化方式实现设备档案信息和设备检修计划管理；基于实时数据和设备故障专家知识库实现设备实时效能分析和设备故障诊断功能。

该系统已成功应用于多个工程项目,实践证明系统投运后减少了设备停机时间,提高了设备管理水平,具有较强的实用价值和应用前景。

〔关键词〕设备管理系统；实时数据库；RFID ；信息化中图分类号：TP274文献标识码：B文章编号：1004-4345(2013)03-0057-04Design and Implementation of Production Equipment Management System of Process IndustryHU Yu-qin 1，HUANG Zhen-li 1，LIU Dong-po 2(1.Jiangxi Nerin Electric &Automation Co.,Ltd ，Nanchang,Jiangxi 330031,China;2.Institute of Automation,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China)Abstract The system takes real-time database as a core to collect real-time operating data of equipment based on all-purpose production equipment management system with real-time database and RFID technology;RFID technology is adopted to achieve point inspection management of equipment;information method is adopted to implement equipment file information management and equipment repair plan;based on real -time data and equipment fault expert knowledge base,real -time performance analysis of equipment and fault diagnosis function of equipment can be achieved.The system has been successfully applied in several projects,it proved from practice that the system can reduce time of equipment shutdown,improve the level of equipment management and has strong practical value and application prospect after being put into production.Keywords Equipment management system;Real-time data base;RFID;informatization收稿日期：2013-02-05作者简介：胡玉琴(1975—)，女，主要从事过程自动化工程项目研究及市场推广工作。

有色冶金设计与研究第34卷2013年第3期6月1设备管理系统分析１．１流程工业设备特点流程工业在设备方面的特点包括：1)流程工业的设备是一条相对固定的生产线，设备投资比较大，因此生产线上的设备维护特别重要，一旦发生故障，则成本较高[2]。

2)流程工业大多采用规模化的生产方式，生产工艺技术相对成熟，广泛采用了过程控制系统，且控制生产工艺条件的自动化设备比较成熟[3]。

3)流程工业的自动化程度较高，设备控制级普遍采用DCS 、PLC 及各种智能仪表、数字传感器等。

１．２ＭＥＳ与设备管理系统美国先进制造研究机构AMR (Advanced Manufacturing Research )提出的企业集成模型描述了MES 在企业系统中的位置和作用，如图1所示。

由图1可知，MES 在工厂计划管理系统和车间底层生产控制系统间起到的是非常重要的承上启下作用。

而设备管理系统作为MES 中的重要组成部分，是为了提高企业的市场竞争力和管理水平，运用计算机和网络技术建立的信息化管理体系[4]。

本文设计的设备管理系统采集设备的运行情况、技术状态、维修更新情况等信息，为维护保养及维修计划的制定提供决策帮助；对设备数据资料进行规范化管理，并将设备状态、设备的综合利用率以及设备的使用、调配和维护等信息实时、准确地提供给各职能管理人员，同时生成各种设备统计分析报告，为企业经营计划、主生产计划和车间作业计划等子系统提供参数，以便对企业的长期和短期生产计划进行必要的调整和修正；合理地制定设备检修计划，以减少偶然事故所造成的经济损失；加强设备履历、日常维护管理和监控，以提高设备利用率。

１．３实时数据库实时数据库(RTDB －Real Time Data Base)是数据库系统发展的一个分支，是数据库技术结合实时处理技术产生的。

其作为MES 和DCS 的桥梁和纽带，是MES 实现与DCS 系统进行数据采集与数据下发的重要平台和枢纽。

一方面，MES 通过实时数据库将设备运行数据、DCS 过程采集数据、现场生产数据采集上来，并保存在MES 的业务数据库中，供各功能模块统计、分析;另一方面，MES 将生产管理信息、ERP 生产计划信息通过实时数据库下达到各DCS 系统，并由DCS 自动或由现场生产人员根据信息执行各类生产操作。

１．４ＲＦＩＤ技术无线射频辨识系统(RFID)是一种无线射频辨识技术，由读取器(Reader)、电子卷标(Tag)、天线(Antenna)和后端应用系统等组成。

其动作原理是由读取器发射特定频率给感应器，用以驱动感应器电路将芯片内部数据传回。

RFID 技术凭借其无线传输特性与物品标识的唯一性和安全性，在标签上能覆盖产品、设备重要信息数据，能够实现产品的追溯、设备的到位检查等。

RFID 系统与数据库管理系统以及计算机网络等技术结合，提供了全自动、安全、便利与实时监控的系统功能。

2设备管理系统设计与实现２．１设备管理系统层次结构本系统设计的设备管理系统的层次结构如图2所示，主要架构包括5层结构。

图２流程工业设备管理系统层次结构图１企业信息化管理集成模型有色冶金设计与研究第34卷58··1)DCS 层。

在设备管理系统的层次结构中，DCS 作为集散控制系统和现场执行层，提供各设备的实时运行数据，包括设备运行时间、运行次数、运行故障反馈到相应的设备指标测量值等。

这些数据是进行实时设备运行分析的重要数据源。

2)实时数据层。

实时数据层在系统中作为连接DCS 与设备管理系统集成平台的桥梁和纽带，将DCS 的设备相关数据传递给设备管理系统集成平台，进行保存、处理、分发、分析和统计。

3)系统集成平台层。

设备管理系统采用了平台+模块的方式实现整体系统功能。

系统集成平台以数据库为背景，以实时数据库为底层通讯层，包括完善的系统平台管理、权限管理、日志管理、事件管理、通讯管理。

4)系统功能层。

根据流程工业设备管理业务需求，本系统设计了设备档案管理、设备检修计划管理、设备点巡检管理、设备能效分析、设备故障诊断等五个功能子模块。

系统主功能界面如图3所示。

5)ERP 层。

设备管理系统与ERP 可以进行有效的数据交互，从而实现企业全信息化管理。

２．２主要功能模块系统结构功能图如图4所示。

图３系统主功能界面图４流程行业设备管理系统功能框1)设备档案管理。

设备档案管理模块采用面向对象的设计方法对设备资料进行管理。

设备档案管理的功能包括设备分类属性(技术参数、设备技术规格书、设计文件、配件材料)的管理、设备基本信息的管理和单台设备属性(点巡检数据、检修数据、能效记录)的管理。

模块提供了一个网络化的、多级权限管理的设备档案电子信息平台。

2)设备检修计划管理。

检修计划与检修管理模块实现对全厂检修任务的统筹安排和全面管理功能，提供年检修计划管理、月检修计划管理和检修管理三个单元，不仅能辅助企业管理人员快速完成年检修计划和月检修计划的组织、编制、报送、审批、派发等工作，还能自动生成检修工单并跟踪记载各检修计划项目的执行结果及执行质量，全方位满足企业对设备检修计划的统筹安排和管理需求。

3)设备故障分析。

故障分析模块是点巡检模块、故障诊断模块与检修计划模块之间的桥梁，主要是对已产生的所有故障事件进行人工分析确认，最终形成驱动故障性月检修计划制定的故障分析记录表。

故障分析模块功能包括故障提示、故障事件浏览、故障处理状态管理、故障分析记录表管理和故障分析记录管理。

4）设备点巡检管理。

点巡检模块采用RFID 标签对现场设备进行标识，利用手持式点巡检仪进行数据采集。

功能包括设备点检表配置、工种配置、路线配置、点检配置下载、点检结果上传、结果浏览、换班漏检、设备状态分析等。

该模块提供了一个监督和管理的平台，确保设备点巡检制度有效地执行，为设备维修维护提供帮助，并为故障诊断和质量跟踪分析提供设备运行数据。